一、动力调谐陀螺仪

    我国动力调谐陀螺虽然是发展了30多年的常规陀螺技术，形成了系列型谱，在许多领域获得了广泛应用，但与国外同类型高性能陀螺相比还存在差距。究其原因主要是在材料、工艺等方面与国外差距较大。表现在技术水平上，主要表现在以下几个方面：

1、陀螺精度国内比国外相对较低

    目前国内动力调谐陀螺随机漂移和逐日漂移的精度相对较低，国外如美国基尔福特制导与导航公司的MODⅡ型陀螺连续工作稳定性为0.001°/h，逐日漂移小于0.004°/h ；德国利铁夫公司K262陀螺随机漂移为0.001°/h。

2、误差补偿国外比国内更精细更全面

    如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记，电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺，均采用气体轴承代替滚珠轴承。

3、提高动力调谐陀螺仪工作温度仍是重点攻关方向

    与目前微机械陀螺仪最高工作温度的220度和光纤陀螺仪最高工作温度175度相比，动力调谐陀螺仪100度的工作温度明显制约了其在深井高温高压地层的应用，提高其最高工作温度仍然是重点攻关方向。

二、微机械陀螺仪

    微机械陀螺仪（MEMS）在国外又被称为科里奥利振动陀螺仪(CVG)，旋转陀螺仪对冲击和振动很敏感，需要大量校准并且精度会受到影响，使用固态微机械陀螺仪（MEMS）代替旋转质量陀螺仪可以解决上述一些问题。另外就是测量时间少，斯伦贝谢的GIDS 微机械随钻陀螺测量时间仅为2分钟。高精度微机械陀螺随钻测量技术在国外已经很成熟，国内近几年有一些关于提高精度方面的研究文献，没有微机械陀螺仪现场应用方面的文献资料，相比于国外，微机械陀螺随钻测量技术发展方向如下：

1、开发专门的陀螺组合工具性能模型，对精度误差进行补偿

    美国陀螺数据公司创建组合仪器性能模型 (IPM) 文件的程序，当将其用作标准位置误差分析的输入时，该文件可直接降低平均测量的不确定性，对精度误差进行补偿。尽管国内也有一些关于误差补偿模型的研究，但是如何与陀螺随测现场应用相匹配，相适用仍然是关键问题，这些可以借鉴美国陀螺数据公司和spe定向技术部门的相关误差模型。

2、双三轴全姿态陀螺可以提供精度更高的全方位测量

    美国陀螺数据公司全姿态随钻陀螺测斜技术克服了传统MWD/无线随钻陀螺测斜仪(GWD)技术的局限性，可有效减少井眼轨迹控制的不确定性，降低钻井施工风险，非常适合于大斜度套管开窗井导斜器定向，丛式井或加密井防碰绕障，救援井及提高向东或向西的大斜度井测量精度。

目前的GWD系统仅基于两个轴的角速率测量。这些测量轴是垂直的尽管两个轴系统提供了接近垂直方位角的精确估计，但随着倾角的增加，这种精度会下降，由于90°倾角的数学奇异性，方位角变得不确定。为此，工具需要沿井眼轴线进行测量，只有三个正交敏感轴的陀螺仪器才能测量所有井眼几何形状的全水平地球速率信号。全姿态GWD工具包含三个单轴线性加速度计和两个双轴速率陀螺仪，可以更有效的提高精度。

1、多点校正算法及随钻陀螺和随钻磁性测量数据对比提高精度

    基于总地球速率的多点校正算法，以计算和校正每个陀螺仪的表观偏差、直接质量不平衡和正交项。多点校正的有效性取决于纬度、倾斜量和整个测量过程中的工具面变化。

    多测点的校正对比是有效提高测量精度，减少误差的有效方法，另外就是要进行大数据分析比对，像美国陀螺数据和斯伦贝谢都建立了陀螺测量的大数据库，这是比多点校正算法更全面，更有效提高测量精度的方法。

    另外，国内外目前基本上都是随钻陀螺和随钻磁性测量工具相结合进行井身轨迹测量，特别是在附近有磁源的地层，这虽然是能够有效提高作业效率及精度，但是也增加了作业成本和作业时间，如 何降低成本和时间也是发展方向之一。

4、单独使用陀螺仪测量钻井以控制井身轨迹的井筒施工

        2019年美国陀螺数据公司单独使用陀螺仪进行了井身轨迹测量控制施工。从20世纪早期油气开采以来，已经多年没有单独使用陀螺仪进行钻井施工，在未使用磁力MWD测量建井的情况下。单独的井下陀螺技术应用是行业技术发展的里程碑，也是陀螺仪测量替代磁性测量技术的重要发展方向。上述提到的随钻陀螺和随钻磁性测量双工具带来的成本和时间增加问题，如果高精度随钻陀螺能够单独精准的进行井身轨迹控制导向，那么其技术前景将非常广阔，这意味着全球每年近千亿级别的大市场。

三、光纤陀螺仪

    光纤陀螺成本低、维护简便，正在许多已有系统上替代机械陀螺，从而大幅度提高系统的性能、降低和维护系统成本。现在，光纤陀螺已充分发挥了其质量轻、体积小、成本低、精度高、可靠性高等优势，正逐步替代其他型陀螺。

1、国内发展阶段

    从目前的调研情况看，高精度随钻光纤陀螺测量技术还是处在发展初期阶段，国内中海油2011年开始研发，在2014-2015年进行海上随钻陀螺测试，中石油测井也是在2019年才开展光纤陀螺的配件招标工作，中石化胜利油田在光纤陀螺招标工作同样是2019年，其技术研究及应用仍处在早期阶段。

2、国外发展阶段

    国外的主要高精度随钻陀螺公司基本上都是采用的动力调谐陀螺仪和微机械陀螺仪进行的测量作业，根据onepetro数据库的文献调查显示，国外随钻光纤陀螺测量最早在2000年左右就有测试研究，2014年美国陀螺数据公司推出的GWD90，GWD90使用最新研制的速率光纤陀螺传感器MXY，可用于从直井段到任意角度斜井段的实时测量。MXY是为适应井下苛刻环境而设计优化的光纤陀螺传感器，可以延长GWD90在井下的工作时间，并提高测量精度。

3、光纤陀螺仪技术发展趋势

    今后光纤陀螺的研究趋势有三个方面: (1)采用三轴测量代替单轴，研发多功能集成光学芯片、保偏技术等，加大光纤陀螺的小型化、低成本化力度；(2)需要加强与光学陀螺适用的误差补偿模型研究，以提高精度；(3)需要提光纤陀螺仪提高耐高温方面的研究，尽管现在有达到最高175度的最高工作温度，但是普遍性的工作温度在80度左右等；（4）可考虑动力调谐陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪三者或两者之间组合工具使用进行精度提高及校正对比。

    总之，高精度随钻陀螺技术，需要进一步在新材料，误差模型补偿精度漂移，耐高温，耐冲击上进行研究攻关。在现场应用上，可以更多使用三轴陀螺仪，或串联2-3个不同类型的陀螺仪已达到提高精度的目的，目前国外在随钻测量上往往采用随钻磁力测量和随钻陀螺测量相串联的工具组合来提高测量精度，并验证对比。尽管随钻陀螺能够在随钻磁力测量的磁场干扰作业环境下进行替代测量，但通过配备无磁源配件的随测磁力工具也能够解决磁场干扰精度漂移问题，当然与高精度随钻陀螺仪的低成本相比，其在成本方面是个大问题。

    最后，还是要建立健全高精度随钻陀螺测量的研究及现场应用的大数据库，进一步开展大数据挖掘分析研究工作，从中发现规律及成功和失败经验，从而最大限度的降低井身轨迹碰撞风险和提高钻井作业效率，为我国石油钻井工业发展做出更大的贡献。